[發明專利]一種防止機器人產生意外碰撞的裝置及設計方法

有效

• 申請號: 201310365565.5
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103386684A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 吳海彬;何素梅
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J19/06
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 薛金才;蔡學俊

技術領域

本發明涉及一種防止機器人產生意外碰撞的裝置及設計方法，可應用于工業機器人在正常作業或人機交互作業過程中的安全保護。

背景技術

工業機器人在制造業和服務領域的應用越來越廣泛。由于工業機器人通常處于位置控制模式，一旦發生碰撞，由于巨大的剛度，會產生嚴重后果，不僅導致被撞對象受傷、受損，甚至可能發生嚴重的人身傷亡事故，機器人自身也可能由于碰撞而損壞。為了防止工業機器人在運動過程中碰撞到人，一般都要求用圍欄把工業機器人圍起來，防止人在不知情的情況闖入。但是有些工作，如搬運、裝配等，往往需要機器人與人協同配合才能完成特定動作和功能，而不能把人與機器人進行隔離。為此，需要切實采取措施保障機器人在運動過程中的安全性。如圖1所示為典型的工業機器人配置，包括機器人本體和控制器，其中在控制器上設有急停按鈕，急停按鈕通過兩個端子與控制器內部電路連接。機器人在正常運行過程中，按下急停按鈕，即兩個端子閉合連接，則機器人立即停止運動，從而可以實現在緊急情況下避免發生嚴重的碰撞事故。目前已采取的措施還有，對機器人關節設置最大扭矩值，使機器人的實際關節扭矩始終在設置的最大扭矩之內；在機器人工作空間安裝傳感器，一旦人進入到機器人的工作空間，機器人即報警并減速或者停止，以確保人的安全；采用力矩控制算法，使碰撞的力始終控制在一定限值之內，等等。上述這些方法目前還遠不能解決工業機器人的安全性問題。

考慮到以上因素，本發明直接在工業機器人的連桿上包覆一層粘彈性緩沖材料，通過緩沖材料，不僅可以大幅降低碰撞力，而且還可以延緩碰撞力的上升時間、擴大碰撞接觸面積（減小碰撞接觸應力），如果在緩沖層達到壓縮極限之前，機器人能夠迅速停止運動，則可以有效確保人和機器人的安全。這使得本發明可以應用在工業機器人諸多需要進行安全保護的應用場合中。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種可以降低機器人意外碰撞嚴重性的裝置。

本發明采用以下方案實現：一種防止機器人產生意外碰撞的裝置，其特征在于：包括一機器人本體、一控制器和一安全保護器，所述控制器連接所述機器人本體，所述控制器上設有一急停按鈕，所述機器人本體上貼附一粘彈性緩沖層，在所述粘彈性緩沖層上貼附一個或多個觸覺傳感器，所述觸覺傳感器連接所述安全保護器的輸入接口，所述急停按鈕連接所述安全保護器的輸出接口。

在本發明一實施例中，所述安全保護器包括一個或多個輸入接口、一信號處理電路、一處理器、一繼電器和一輸出接口，所述輸入接口把所述觸覺傳感器的信號引入到所述安全保護器內，經過所述信號處理電路進行濾波、放大、整形和AD轉換處理后，傳送到所述處理器，所述處理器控制所述繼電器是否通電從而控制所述急停按鈕的開關狀態。

在本發明一實施例中，所述觸覺傳感器貼附在所述粘彈性緩沖層的內表面或外表面。

在本發明一實施例中，所述觸覺傳感器是PVDF壓電傳感器或人工皮膚傳感器。

本發明的另一目的是提供一種防止機器人產生意外碰撞裝置的設計方法，本發明采用以下方案實現：一種防止機器人產生意外碰撞的裝置的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S01：粘彈性緩沖層的材料選型，確定粘彈性緩沖層材料的彈性系數和粘性系數；

S02：初定粘彈性緩沖層的厚度，并取允許的厚度最大值；

S03：觸覺傳感器的選型，并把觸覺傳感器貼附于粘彈性緩沖層的內表面或外表面；

S04：把粘彈性緩沖層和觸覺傳感器貼附于機器人本體的連桿臂上；

S05：測試確定觸覺傳感器可靠動作的粘彈性緩沖層形變閾值；

S06：實測機器人從碰撞到急停所需的粘彈性緩沖層緩沖行程；

S07：根據所述的緩沖行程，重新確定粘彈性緩沖層厚度。

本發明通過在機器人連桿上包裹一緩沖層，用于緩沖和降低碰撞時產生的沖擊力，并在緩沖層的有效壓縮行程內，通過觸覺傳感器反饋，實現機器人的急停，從而保護被撞對象。當觸覺傳感器由于碰撞而受壓或發生形變而達到一定閾值時，安全保護器輸出觸發機器人急停功能，控制其繼電器動作，使繼電器觸點閉合，該觸點同時與機器人控制器的急停按鈕連接，從而使機器人避免發生嚴重碰撞，達到保護被撞對象的目的。本發明的優點是在無需對現有機器人進行大幅改動的前提下，即可防止機器人產生研制碰撞，實現方法簡單，可靠性高。

為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關附圖，對本發明作進一步詳細說明。

附圖說明

圖1是現有的工業機器人系統。